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Presentation Transcript

  1. Startseite CAN-Protokoll, CAN-Bus Controller Area Network Vortrag für das Hauptseminar in Informations- und Kommunikationstechnik Robert Lange, 27.05.2003

  2. Inhalt Inhalt Einführung Entwicklungsgeschichte Vergleich mit Ethernet-Protokoll, Eigenschaften Rahmenformate Arbitrierung Fehlereinteilung Behandlung defekter Station Anwendungen

  3. Entwicklung Entwicklungsgeschichte 1983 Start als Bosch-internes Projekt Hauptziel: erweiterte Funktionalität 1986 Offizielle Einführung Vorstellung auf dem Society of Automotive Engineers Kongress 1987 Erste CAN Controller auf dem Markt verfügbar INTEL 82526, Philips 82C200 1991 Veröffentlichung der CAN Spezifikation 2.0 durch Bosch 1992 Mercedes-Benz stattet S-Klasse mit CAN Netzwerk aus 1993 Veröffentlichung ISO 11898 Standard 1994 Erste internationale CAN Konferenz Organisiert durch CAN in Automation Gruppe 1995 Nachtrag zu ISO 11898: Erweiteres Rahmenformat 2000 Entwicklung von TTCAN zeitgesteuertes Kommunikationsprotokoll für CAN

  4. Vergleich mit Ethernet-Protokoll Vergleich mit Ethernet-Protokoll Gemeinsamkeiten CAN und Ethernet Topologie: Serielle Busstruktur Nachrichtenübermittlung: Broadcast Zugriffsmöglichkeit: Multi-Master Zugriffsverfahren: stochastisch, Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Nur bei CAN zu finden Priorisierung der Nachrichten Quittierung innerhalb des Nachrichtenrahmens als Empfangsbestätigung Meldung von Übertragungsfehlern auf dem Bus mit anschliessender automatischen Sendewiderholung Selbsterkennung von fehlerhaften Stationen

  5. Vergleich: Unterschiede Auflösung von Kollisionen(CSMA/CR) Abbruch der Sendungen(CSMA/CD) Buskollisionen Daten, Datenanforderung,Fehler, Überlast Daten; ggf. Unterscheidungnach 802.3 LAN und Ethernet Rahmenarten Nachrichten werden nachInhalt klassifiziert weltweit eindeutigeStationenkennzeichnung Zielkennzeichnung 11 bzw. 29 Bit 46 Bit Adressraum 0 bis 8 Bytes 46 bis 1500 Bytes Nutzlast 1 MBit/s 1 GBit/s maximale Datenrate Non-Return-To-Zero(NRZ) Kodierung Manchester-Kodierung physikalischeÜbertragung Bit-Stopf-Verfahren Manchester-Kodierung Bitsynchronisation Bit-Stopf-Verfahren bei CAN: • Einfügung eines komplementären Bit nach 5 gleichartigen Bits • Zusätzliches Bit wird durch Empfänger wieder entfernt Vergleich mit Ethernet-Protokoll CAN Unterschiede Ethernet

  6. Rahmenformate • dominant • rezessiv Signalpegel: (RTR dominant) (RTR rezessiv) Rahmen Bits 1 12/32 6 0-8 Bytes 16 2 7 Datenlänge Prüfsumme ACK Rahmen- ende Arbitrierung Daten (nur bei Datenrahmen) SOF Standard Rahmen (IDE dominant) 11 Bit 1 1 ID28 ID18 Fehlerrahmen Kennung 6-12 Bits (dominant) 8 Bits (rezessiv) RTR IDE Erweiterter Rahmen (IDE rezessiv) Error Flag Error Delimiter 11 Bit ID28 ID18 1 1 18 Bit ID17 ID0 1 Kennung Kennung IDE SRR RTR SOF Start of Frame (Rahmenbeginn) ACK Acknowledgement (Bestätigung) RTR Remote Transmission Request (Unterscheidung Daten/Anforderungsrahmen) IDE Identifier Extension Bit (Unterscheidung Standard/Erweiterter Rahmen) SRR Substitute Remote Request (Ersetzt das RTR aus dem Standardrahmens) IDx Identifier Bit x (Nachrichtenkennung) Rahmenformate Datenrahmen und Anforderungsrahmen

  7. Arbitrierung Arbitrierungsfeld S O F R T R Rest der Nachricht 9 7 5 3 1 10 8 6 4 2 0 dominant Station 1 rezessiv Ablaufschema der Arbitrierung dominant Station 2 Solange Sendeerlaubnis rezessiv dominant Sende nächstes Bit desArbitrierungsrahmens Station 3 rezessiv dominant Beobachte Bus Bus rezessiv Bus == gesendet ? Ja Nein Passiv % Stelle Sendung ein Bei Sendeerlaubnis jetztNachricht übermitteln Passiv Anmerkung: Gilt nur im Arbitrierungsfeld Arbitrierung Signalpegel • dominant • rezessiv Verfahren: CSMA/CR Arbitrierungsvorgang für Standard-Rahmen

  8. Generatorpolynom für CRC Code Nur Verwendung zur Fehlererkennung, nicht zu Korrektur Hamming-Distanz von 6 Erkennung von bis zu 6 Einzelbitfehlern, Burst-Fehler bis 15 Bit Länge Fehlereinteilung Fehlereinteilung Unterscheidung der Fehlertypen Bitfehler: anderes Bit detektiert als gesendet (nur für Sendestation) Ausgenommen: Arbitrierungsfeld, Acknowledgement-Feld Bitstopf-Fehler: Verletzung der Bit-Stopf-Regel CRC Fehler: Prüfsumme stimmt nicht mit Nachricht überein Formfehler: Fehler in festgelegter Rahmenstruktur Bestätigungs-Fehler: keine Bestätigung (ACK) erhalten Reaktion: Aussenden von Fehlerrahmen

  9. Behandlung defekter Stationen Verfahren (vereinfacht) • jede Station führt Fehlerzähler: Transmit (TEC) und Receive Error Count (REC) • Sender stellt Übertragungsfehler fest: TEC=TEC+8 • Sender überträgt Nachricht erfolgreich: TEC=TEC-1 (minimal Null) • Empfänger stellt lokalen Fehler fest: REC=REC+8 • Empfänger stellt globalen Fehler fest: REC=REC+1 • Empfänger erhält Nachricht fehlerfrei: REC=REC-1 (minimal Null) Übergänge bei steigenden Fehlerzählern Behandlung defekter Stationen Problem: Fehlerhaft arbeitende Station kann Bus durch dauerhaftes Aussendenvon Fehlerrahmen blockieren, obwohl eine korrekte Nachricht vorliegt Lösung: Station trennt sich schrittweise vom Bus, wenn lokaler Fehler erkannt wird

  10. Anwendungen Kone WMF Phillips Bebro Electronic Anwendungen eingebettete Systeme Automobil Fabrik

  11. Ende Zukunft des CAN-Bus Selbst konservative Schätzungen erwarten ein weiteres Wachstum in den nächsten 10 bis 15 Jahren. Dazu trägt bei, das US bzw. fernöstliche Automobilhersteller erst mit CAN-Einsatz beginnen. Auch sind weitere Anwendungsgebiete, wie der Einsatz des CAN-Busses im Bereich der Unterhaltungselektronik, in Planung. Quellen CAN Controller Area Network, 2. Auflage, Wolfhard Lawrenz, Hüthig Verlag Heidelberg, ISBN 3-7785-2575-1 http://www.can-cia.de BOSCH CAN Specification 2.0 (www.can.bosch.com/docu/can2spec.pdf)

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